JP3208500U - 可変伝達歯車装置システム - Google Patents

Abstract

【課題】単純で簡単に操作でき、歯車を自動及び／又は手動で移動させることができ、自転車に乗っている間、乗り手が歯車の変更について気にする必要がない自転車用の高性能可変伝達歯車装置システムを提供する。【解決手段】チェーン歯車Ａ０１によって駆動されるメインボードと、メインボードに固定された複数の軸上でそれぞれ回転可能な複数の円錐歯車Ｄ０３と、車輪の入力軸と共に回転可能な太陽歯車Ａ０４を備える。また、スプロケットマウント上に搭載されたスプロケットと、スプロケットマウントと共に回転可能な円錐駆動体と、円錐駆動体と円錐ホルダとの間に回転可能に搭載された複数の円錐歯車と、円錐歯車と摩擦係合し共に回転可能な被駆動パッドと、被駆動パッドと共に回転可能な主軸と、円錐歯車と摩擦係合して共に回転可能な変位軸と、を備える。【選択図】図９

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１４年６月１１日に出願された米国仮特許出願Ｎｏ．６２／０１１，０２４及び２０１５年６月０８日に出願された米国特許出願Ｎｏ．１４／７３２，８２３の利益を主張し、その全内容を参照により本願に組み込むものとする。

本発明は、歯車装置システムに関し、特に自転車用の高性能可変伝達歯車装置システムに関する。

自転車には通常幾つかの歯車比が備わっており、乗り手が歯車間を前後に移動させて、様々な乗車条件の下で自転車を効率よく操作可能である。しかしながら、非常に多くの歯車比間を前後移動させることは困難であり、乗り手は利用可能な数個の歯車比のみを使用するかもしれない。

できるだけ多くの歯車比を有することが有益であるが、そうすると自転車の構造が非常に複雑で重くなる。従って、不定の（ｉｎｄｅｆｉｎｉｔｅ）可変の歯車比を有する自転車とすることが望ましく、このような可変の歯車比を自動的に操作可能として、自転車に乗っている間、乗り手が歯車の変更について気にする必要がないようにすることが特に望ましい。自動である、不定の可変歯車比を備えていても、乗り手は、依然として、より効率的でユーザに優しい方法で歯車比を制御したいと考えるであろう。

従って、より単純で簡単に操作でき、歯車を自動及び／又は手動で移動させることができ、且つ、携帯電話のアプリケーションやインターネットを通じてより人間が操作しているような且つ相互作用的であり得る、自転車用の高性能可変伝達歯車装置システムを提供することが望ましい。

一つの態様によれば、自転車用の可変伝達歯車装置システムが提供され、チェーン歯車によって駆動されるメインボードと、メインボードに固定された複数の軸上でそれぞれ回転可能な複数の円錐歯車とを備える。各円錐歯車は比歯車と従動歯車とを備える。従動歯車は歯車ボックス内に搭載された第一の内部平歯車と噛合する。システムは更に、車輪を駆動して回転させるための車輪の入力軸と共に回転可能な中央の太陽歯車を備える。太陽歯車は円錐歯車の比歯車と噛合し、複数のネジ棒によって入力軸に沿って軸方向に移動するよう構成される。チェーン歯車が反時計回りに回転すると、メインボード及び円錐歯車は反時計回りに回転して、太陽歯車と入力軸とを駆動して時計回りに回転させる。

可変伝達歯車装置システムは、ネジ棒を駆動する中間歯車の組と噛合する磁気クラッチ歯車の組を更に備えてもよい。磁気クラッチ歯車は、第一のコイルと第二コイルとに挟まれてメインボード上に固定されたピン上で回転可能な変位歯車と固定歯車とを備えてもよい。第一コイルはメインボードに固定される。固定歯車は第二コイル上に搭載されて第一の内部平歯車と噛合し得る。変位歯車は固定歯車と第一コイルとの間でピンに沿って移動可能である。変位歯車が固定歯車と対になると、移動歯車は反時計回りに回転してネジ棒を駆動して反時計回りに回転させて、太陽歯車がメインボードの方向に移動する。変位歯車が下コイルと対になると、ネジ棒が時計回りに回転して、太陽歯車はメインボードから離れる方向に移動する。

一つの形態において、中間歯車の組は、変位歯車と噛合する外歯車と、外歯車と噛合する外側の歯と各ネジ棒上に固定された内歯車と噛合する内側の歯とを有する輪歯車と、を備えてもよい。

可変伝達歯車装置システムは、一つ以上の発電機を更に備えてもよい。各発電機は歯車ボックス内に搭載された第二の内部平歯車と噛合する歯車を有してもよく、電気を発生する。

可変伝達歯車装置システムは、回転速度データを収集するための速度計を更に備えてもよく、データは携帯電話のアプリケーションに送られて演算及び太陽歯車の制御に用いられる。ブルートゥース制御装置を用いて、制御及びデータ送信要求を実行してもよい。

可変伝達歯車装置システムは、太陽歯車の位置を制御するためのプログラムが設定された内蔵装置制御ユニットを更に備えてもよい。

可変伝達歯車装置システムは、太陽歯車の位置を制御するために、センサによって検出された速度、傾斜、及び太陽歯車の位置を含むデータをリアルタイムに解析するよう構成された携帯電話アプリケーションを更に備えてもよい。

一つの形態において、メインボードと入力軸との間に複数の軸受が設けられてもよい。三つの円錐歯車がメインボードに固定された三つの軸上でそれぞれ回転可能であってもよい。

別の態様によれば、自転車用の可変伝達歯車装置システムが提供され、スプロケットマウント上に搭載されたスプロケットと、スプロケットマウントと共に回転可能な円錐駆動体と、円錐駆動体と円錐駆動体と結合された円錐ホルダとの間に回転可能に搭載された複数の円錐歯車とを備える。各円錐歯車は主円錐表面と主円錐表面のより大きな端部に形成された副円錐台形表面とを有してもよい。被駆動パッドは、円錐歯車の円錐台形表面と摩擦係合し共に回転可能であってもよい。システムは更に、被駆動パッドと共に回転可能な車輪の主軸と、変位軸であって、その一端に、複数の接触点で円錐歯車の円錐表面と摩擦係合して共に回転可能な、外側に向かって延伸する環状フランジを有する変位軸とを備える。変位軸は歯車の組によって軸方向に変位可能であり、これによって接触点の位置を変更する。

一つの形態において、歯車の組は、変位軸内に形成された雌ネジと螺合する雄ネジを有する内部歯車と、モータによって駆動され、内部歯車と中央歯車との間で噛合するモータ歯車とを備えてもよい。モータを起動してモータ歯車を駆動し時計回りに回転させると、内部歯車が時計回りに回転し、変位軸は円錐ホルダから遠ざかる方向に移動し、モータを起動してモータ歯車を駆動し反時計回りに回転させると、内部歯車は反時計回りに回転し、変位軸は円錐ホルダに向かう方向に移動する。

一つの形態において、車輪の主軸は、被駆動パッドに結合された被駆動マウントを介して被駆動パッドと共に回転可能である。被駆動マウントは、衛星歯車装置システムを介して主軸と結合されてもよい。衛星歯車装置システムは、被駆動マウントに取り付けられた衛星駆動歯車と、主軸から径方向に延伸する複数の刃の上に固定された複数の補助軸の周りをそれぞれ回転可能な複数の衛星従動歯車と、ハウジング内に搭載された衛星内部歯車とを備えてもよい。駆動歯車は、衛星内部歯車と噛合する従動歯車と噛合してこれを駆動するよう構成される。

一つの形態において、スプロケットマウントは、環状であって複数の開口が形成され、円錐駆動体は、スプロケットマウントと、その間に設けられた複数のボールによって結合されてもよい。

一つの形態において、複数の棒が円錐ホルダに固定され、棒の自由端は、円錐駆動体上に形成された対応する穴に挿入されて、円錐ホルダを円錐駆動体につなぐための複数の自由端ジョイントを形成する。

可変伝達歯車装置システムは、回転速度データを収集するための速度計を更に備えてもよく、データは携帯電話のアプリケーションに送られて演算及び変位歯車の制御に用いられる。

可変伝達歯車装置システムは、モータに信号を送ってモータ歯車を時計回り又は反時計回りに回転させて、変位軸の位置を制御するためのプログラムが設定された内蔵装置制御ユニットを更に備えてもよい。

可変伝達歯車装置システムは、変位軸の位置を制御するために、センサによって検出された速度、傾斜、及び変位軸の位置を含むデータをリアルタイムに解析するよう構成された携帯電話アプリケーションを更に備えてもよい。

一つの形態において、可変伝達歯車装置システムは、内部歯車と中央歯車との間で噛合する少なくとも一つの歯車を更に備えてもよい。

ある実施形態に関して可変伝達歯車装置システムを示し説明するが、本明細書を読んで理解すれば、当業者であれば均等物や変形例を思いつくであろう。本出願の可変伝達歯車装置システムは、そのような均等物や変形例も含み、請求項に記載の範囲のみに限定されない。

可変伝達歯車装置システムの具体的な実施形態について、添付の図面を参照しながら、例を用いて以下に説明する。

本出願の第一の実施形態に係る、可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの正面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの側面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの後方斜視図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの前方斜視図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの側面図ならびに線Ａ−Ａに沿った断面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの正面図ならびに線Ａ−Ａ、線Ｂ−Ｂに沿った二つの断面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの側面図ならびに線Ａ−Ａ、線Ｃ−Ｃに沿った二つの断面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの側面図ならびに線Ａ−Ａ、線Ｄ−Ｄに沿った二つの断面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの側面図ならびに線Ａ−Ａ、線Ｅ−Ｅに沿った二つの断面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの側面図ならびに線Ａ−Ａ、線Ｆ−Ｆに沿った二つの断面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの側面図ならびに線Ａ−Ａ、線Ｇ−Ｇに沿った二つの断面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの側面図ならびに線Ａ−Ａ、線Ｈ−Ｈに沿った二つの断面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの後方斜視図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの前方斜視図である。 歯車ボックスのハウジングの後方斜視図である。 歯車ボックスのハウジングの前方斜視図である。 本出願の一実施形態に係る制御アームの前方及び後方斜視図である。 本出願の第一の実施形態に係る速度計の前方斜視図及び側面図である。 本出願の第一の実施形態に係る可変伝達歯車装置システムの内部構造を示す後方斜視図である。 本出願の第一の実施形態に係る可変伝達歯車装置システムの内部構造を示す前方斜視図である。 本出願の第一の実施形態に係るスプロケット歯車の正面図ならびに斜視図である。 本出願の第一の実施形態に係る変位歯車の二つの位置を示す図である。 入力軸に搭載された太陽歯車とネジ棒の側面図、前方ならびに後方斜視図である。 本出願の第一の実施形態に係る可変伝達歯車装置システムの二つの分解図である。 可変伝達歯車装置システムが設置される自転車フレームの後部の側面図である。 可変伝達歯車装置システムが設置される自転車のフレームの後部の斜視図である。 可変伝達歯車装置システムの前方斜視図である。 歯車ボックスが取り除かれた可変伝達歯車装置システムの前方斜視図である。 本出願の第一の実施形態に係る円錐歯車の斜視ならびに側面図である。 本出願の第一の実施形態に係る、メインボード、円錐歯車ならびに太陽歯車の回転を示すために部品を取り除いた可変伝達歯車装置システムの正面図である。 本出願の第一の実施形態に係る、入力軸に沿った太陽歯車の移動動作を示す図である。 本出願の第一の実施形態に係る、メインボード、固定歯車の回転を示すために部品を取り除いた可変伝達歯車装置システムの正面図である。 本出願の第一の実施形態に係る、変位軸の変位動作の二つの場合を示すために部品を取り除いた可変伝達歯車装置システムの正面図である。 本出願の第一の実施形態に係る、発電機を示すために部品を取り除いた可変伝達歯車装置システムの正面図である。 本出願の第一の実施形態に係る、携帯接続された可変伝達歯車装置システムの動作を示すフローチャートである。 本出願の第一の実施形態に係る、携帯接続されていない可変伝達歯車装置システムの動作を示すフローチャートである。 本出願の第二の実施形態に係る可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの正面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの側面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの前方斜視図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの後方斜視図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの側面図である。 図２６Ａの可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの線Ａ−Ａに沿った断面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの側面図である。 図２７Ａの可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの側面図である。 図２８Ａの可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。 可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの側面図である。 図２９Ａの可変伝達歯車装置システムの歯車ボックスの線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。 本出願の第二の実施形態に係る可変伝達歯車装置システムの変位軸の二つの変位方向を示す図である。 本出願の第二の実施形態に係る可変伝達歯車装置システムの斜視、背面ならびに（線Ｅ−Ｅに沿った）断面図である。 本出願の第二の実施形態に係る衛星歯車装置システムの斜視図である。 本出願の第二の実施形態に係る可変伝達歯車装置システムの分解前方斜視図である。 本出願の第二の実施形態に係る可変伝達歯車装置システムの分解後方斜視図である。 本出願の第二の実施形態に係る可変伝達歯車装置システムの分解後方斜視図である（図３４１は衛星歯車を示し、図３４２はＳＶＴシステムを示し、図３４３は変位歯車を示す図である）。 本出願の第二の実施形態に係る、携帯接続された可変伝達歯車装置システムの動作を示すフローチャートである。 本出願の第二の実施形態に係る、携帯接続されていない可変伝達歯車装置システムの動作を示すフローチャートである。

以下、可変伝達歯車装置システムの好ましい形態について詳細に述べ、その例について以下に説明する。可変伝達歯車装置システムの形態の例について詳細に説明するが、この可変伝達歯車装置システムを理解するのに特に重要ではない幾つかの特徴については、明確にする目的で示していないことが当業者にとって自明であろう。

本明細書並びに請求項において、ある要素が別の要素と「結合」又は「接続」されている場合、ある要素が別の要素に締結、しっかりと固定、又は取り付けられていることを必ずしも意味するものではない。そうではなくて、「結合」又は「接続」という表現は、ある要素が別の要素に直接的または間接的に接続されている、又は別の要素と機械的又は電気的に連通していることを意味する。

高性能可変伝達（ＳＶＴ）とは、自転車用の歯車装置システムである。チェーン又はベルトのいずれかを用いた従来型の自転車の大半に適した、手動及び自動の歯車移動機能を備えている。

このＳＶＴの歯車ボックスは、一体型で取り付けやすいという考え方によって構築されている。顧客は特別に設計された自転車を購入する必要はなく、従来の歯車ボックスを取り外してこのＳＶＴ歯車ボックスと取り換えるだけでよい。配線、溶接、又は複雑な変更の必要はない。

従来の歯車ボックスの代わりにＳＶＴ歯車ボックスを用いると、歯車の変更に関する手間が低減される。従って、自転車の効率が向上し、不適切な歯車比によってエネルギーを簡単に浪費してしまうことがなくなる。

このＳＶＴ歯車装置システムを設置すれば、どの歯車を使っているかについてユーザが気にする必要がなくなる。この歯車装置システムのデフォルトモードは自動であり、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）を介して速度データが取り出されて演算される。適切な歯車比へと自動で移動するので、ユーザは、常に最も効率的な歯車比の下での乗車が可能となる。

手動制御モードでＳＶＴ歯車装置システムを使用する場合、簡単に手が届く任意の場所に取り付けた、ミニ制御装置を使用可能である。この制御装置には三つの主ボタンがあり、即ち、「モード」、「上」、「下」である。ユーザは、手動又は自動モードを変更する「モード」ボタンを押しながら、「上」又は「下」ボタンを押すことにより、任意の歯車比に変更可能である。

ＳＶＴ歯車装置システムの機能を更新する場合には、携帯端末をＳＶＴ歯車装置システムに接続することにより、ｉｐｈｏｎｅやアンドロイド向けのアプリケーションが提供可能である。携帯端末に接続すると、携帯端末がＭＣＵの役割を引き継いで、ＳＶＴ歯車装置システムを制御する。さらに多くのデータや分析が携帯端末により処理され、記録可能である。更新機能としては、ＳＶＴ歯車移動モード、ＳＶＴ状態チェック、ユーザの乗車習慣の記録、タスク等がある。

歯車移動モードとして、最初に三つのモード、即ち、「標準」、「リラックス」、「レース」モードが提供可能である。モードに応じて、ユーザは、歯車移動についての感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）、分解能、及び変化量（ｒａｔｅ）を選択可能である。アプリケーションによって、センサからデータを取り出し続け、それに応じて歯車を移動させる。

障害のチェック、バッテリ、走行時歯車比、速度等のＳＶＴ状態は、ユーザが設計したアプリケーションを通じてチェック可能である。

ＳＶＴ歯車装置システムは、生物エネルギーを電気エネルギーに変換する小型の発電機を装備しているので、自身で電池を充電可能である。実際電池交換の必要はない。二つのＬＥＤをＳＶＴ歯車装置システムに取り付け可能である。携帯端末を接続すれば、安全のために夜間にＬＥＤが点灯する。ユーザは、アプリケーションを用いてＬＥＤのスイッチを切ることができる。

設置の際には、ユーザは従来の歯車ボックスを取り外して、それをＳＶＴ歯車ボックスに取り替えらえる。ＳＶＴ歯車ボックスは、特別に設計されたネジとロッカー（ｌｏｃｋｅｒ）を用いて施錠可能である。

第一の実施形態（図１〜２１）
図１〜２１に、本出願の可変伝達歯車装置システムの第一の実施形態を示す。図１Ａ〜１Ｄ、図２Ａ〜２Ｈ、及び図９に示すように、可変伝達歯車装置システムは、チェーン歯車Ａ０１によって駆動されるメインボードＡ０９を備える。チェーン歯車Ａ０１は、自転車のチェーンによって伝達される動力を用いた従動歯車であり得る。このチェーン歯車が、回転力をＳＶＴシステムに伝達可能である。これをメインボード「Ａ０９」に取り付け可能であって、三つの円錐歯車「Ｄ０３」を駆動して歯車ボックス内で回転させることが可能である。円錐歯車の数は三つより多くても少なくてもよい。

メインボードＡ０９は、主被駆動部となり得る。自転車チェーンからの動力をメインボードに直接伝達可能である。円錐歯車「Ｄ０３」はそれぞれ、メインボードＡ０９に接続されているが、同時に回転する。金属棒Ｄ０１は、メインボード「Ａ０９」の外部と内部との間の接続部となり得る。軸受Ｂ０２は、メインボード「Ａ０９」とケース「Ａ０８」とを分離するのに使用可能である。

三つの円錐歯車Ｄ０３は、メインボードＡ０９上にそれぞれの角度で固定された三つの軸上で回転可能である。各円錐歯車Ｄ０３は、比歯車（レシオギア）Ｄ０３ａと従動歯車Ｄ０３ｂとを備える。比歯車Ｄ０３ａは、円錐形である。従動歯車Ｄ０３ｂは、円錐の比歯車Ｄ０３ａのより大きい端部に形成される。比歯車Ｄ０３ａは、中央の太陽歯車Ａ０４と噛合する。従動歯車Ｄ０３ｂは、歯車ボックス上に搭載された第一の内部平歯車Ａ０２と噛合する。

円錐歯車「Ｄ０３」は、自転車チェーンから自転車の車輪へと力を伝達するのに使用可能な円錐形の歯車である。円錐表面に沿って被駆動点を移動させることにより、様々な歯車比を得ることが可能である。より強い回転力は、径が大きい位置へと被駆動点を移動させることによって得られ、一方、より速い速度は、径が小さい位置へと被駆動点を移動させることによって得られる。

円錐歯車Ｄ０３は、このシステムの主歯車であり得る。これらの歯車により、比歯車の傾斜した表面と太陽歯車「Ａ０４」との接触点を移動させて、可変伝達比が得られる。円錐歯車Ｄ０３上に形成された比歯車の歯は、太陽歯車Ａ０４の歯と噛合するよう構成可能である。円錐歯車「Ｄ０３」上に形成された従動歯車の歯Ｆ０３は、内部平歯車「Ａ０２」の歯と噛合可能である。

太陽歯車Ａ０４は、車輪を駆動して回転させるために、車輪のハブ又は入力軸Ａ１０と共に回転可能である。太陽歯車Ａ０４は、円錐歯車Ｄ０３の比歯車と噛合可能であり、三つのネジ棒Ｄ０２によって入力軸Ａ１０に沿って軸方向に移動するよう構成される。ネジ棒の数は、三つより多くても少なくてもよい。チェーン歯車Ａ０１が反時計回りに回転すると、メインボードＡ０９と円錐歯車Ｄ０３とが反時計回りに回転し、太陽歯車Ａ０４と入力軸Ａ１０とを駆動して時計回りに回転させる。軸受Ａ０５、Ａ０６は、メインボード「Ａ０９」の回転を入力軸「Ａ１０」から分離するのに使用可能である。

太陽歯車Ａ０４は、円錐歯車「Ｄ０３」からの動力を入力軸「Ａ１０」に伝達するのに使用可能である。太陽歯車Ａ０４は、様々な歯車比を得られるよう、変位歯車「Ｄ０５」によって入力軸「Ａ１０」に沿って移動可能である。

入力軸又はハブＡ１０は、ＳＶＴシステムから車輪へと動力を伝達するために、自転車の後部ハブ上に取り付けるよう設計されたＳＶＴハブとなり得る。太陽歯車「Ａ０４」は、回転力を車輪に伝達可能なようにハブを駆動して回転させる駆動歯車となり得る。

三つのネジ棒Ｄ０２は、位置センサを備えていてもよい。これらは、太陽歯車「Ａ０４」と螺合するネジ山が形成された被駆動棒となり得る。変位歯車「Ｄ０５」からの駆動力によって、ネジ棒を時計回り又は反時計回りに回転可能である。太陽歯車「Ａ０４」はネジ棒に接続されているので、入力軸「Ａ１０」に沿って移動可能である。ＭＣＵと接続すると、太陽歯車「Ａ０４」の位置を検出可能である。

内部平歯車Ａ０２は、自転車のフレームに固定可能なケース「Ａ０８」の内表面上に取り付け可能である。ケースＡ０８は、内部で動作する機構を保護するために歯車ボックスのカバーとなり得る。内部平歯車Ａ０２は、反力を発生して太陽歯車「Ａ０４」を駆動し回転させるように、三つの円錐歯車「Ｄ０３」に接続可能である。

別の内部平歯車Ａ０３をケース「Ａ０８」の内表面上に更に取り付けてもよい。この内部平歯車Ａ０３によって、モータ「Ｅ０２」に作用が及んで電気が発生可能となるよう、歯車「Ｅ０１」上で反力が得られる。図示した形態によれば、三つの平歯車Ｅ０１が三つの発電機「Ｅ０２」にそれぞれ取り付け可能である。発電機の数は、三つより多くても少なくてもよい。これらは内部平歯車「Ａ０３」によって駆動可能である。発電機「Ｅ０２」がメインボード「Ａ０９」と共に動くと、平歯車「Ａ０３」上に反力が生まれて発電機「Ｅ０２」が回転する。従って、これらによって電気エネルギーが発生可能である。発生した電力を用いて、バッテリーシート「Ｇ０１」上に配置された３．７ＶのＬｉ−バッテリを充電し、二つのＬＥＤ「Ｈ０１」を点灯可能であり、変位歯車「Ｄ０５」と回路基板とを起動可能である。ＬＥＤ照明Ｈ０１は、携帯電話を接続して自転車を夜間に走行すると点灯可能である。照明のスイッチは自動又は手動によりオンオフ可能である。

速度計Ｂ０３は、ｒｐｍ単位で回転速度を計測するのに使用可能な回転センサである。太陽歯車「Ａ０４」の状態を演算するために、データは、システムのＭＣＵ及び携帯端末に伝達してもよい。ネジロックＦ０１を使用して、速度計「Ｂ０３」をケース「Ａ０８」上に固定可能である。

ブルートゥース４．０制御装置Ｄ０４は、システム内部に内蔵された小型の制御基板であって、ブルートゥース４．０による接続機能を備え得る。制御及びデータ伝達要求が、このモジュールによって携帯端末及び機構に対してなされる。設計された携帯端末アプリケーションに接続することによって、高度な機能を実現可能である。「標準」「コンフォート」「レース」等の様々なモードを選択可能である。走行データは記録でき、距離、傾斜、速度等の報告書を生成可能である。

ロッキングバーアダプタＡ０７を用いて、内部平歯車「Ａ０２」及び「Ａ０３」によって円錐歯車「Ｄ０３」及び歯車「Ｅ０１」に対してそれぞれ反力が提供可能なように、ケース「Ａ０８」を固定可能である。コネクタＢ０４を用いて、ロッキングバーアダプタ「Ａ０７」をケース「Ａ０８」に接続可能である。

チェーン歯車ロックＢ０１は、チェーン歯車「Ａ０１」をケース「Ａ０８」上に固定するのに使用可能な、専用のネジロックである。更に、標準的なチェーン歯車ロックＣ０１を用いて、ＳＶＴ歯車ボックス全体を自転車の後部ハブ上に固定可能である。

図３Ａ及び３Ｂに示すように、ＳＶＴの動作は主に、三つの部分、即ち、ハウジング「Ａ０８」、メインボード「Ａ０９」、及び入力軸「Ａ１０」に分割可能である。これらは、その間に設けられた歯車によって「駆動及び被駆動」の関係で動く。

図４Ａ、４Ｂ、５Ａ及び５Ｂに示すように、ハウジング「Ａ０８」は、ロッキングバーアダプタ「Ａ０７」によってフレーム上に固定された固定部品であって、二つの内部平歯車「Ａ０２」「Ａ０３」が取り付けられる。制御アームコネクタ「Ａ１１」は、ロッキングバーアダプタ「Ａ０７」を接続可能なアダプタとなり得る。速度計コネクタ「Ａ１２」は、速度計「Ｂ０３」を接続可能なアダプタとなり得る。

ハウジング「Ａ０８」は、エネルギーが自転車チェーンから自転車の車輪に伝達可能となるよう機構内部に反力を提供するための基体（ｂａｓｅ）となり得る。内部平歯車「Ａ０２」によって円錐歯車「Ｄ０３」に反力が提供される一方、内部平歯車「Ａ０３」によって小型の発電機「Ｅ０２」に反力が提供される。

図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃに示すように、メインボード「Ａ０９」は、スプロケット歯車「Ａ０１」を取り付け可能な被駆動部となり得る。自転車のチェーンから得られた駆動力は、この部分に伝達可能である。従って、得られたエネルギーを使用又は伝達可能となるよう、ほとんどすべての機構がこの上で構成される。この内蔵機構によって、エネルギーが変換及び適切な歯車比で伝達可能であり、三つの円錐歯車「Ｄ０３］によって入力軸Ａ１０を駆動して回転可能となる。

内蔵機構は、チェーン歯車シート「Ａ０９ａ」とメインボード「Ａ０９ｃ」とをつないで共に回転させるのに使用可能な接続棒「Ａ０９ｂ」を備えてもよい。

ブルートゥース４．０制御装置「Ｄ０４」及びＭＣＵ「装置制御ユニット」は、このシステムの動作を制御する。このモジュールによって携帯端末接続及び制御が可能となる。

図７〜９に示すように、一組の磁気クラッチ歯車が、ネジ棒Ｄ０２を駆動するために一組の中間歯車と噛合可能である。この磁気クラッチ歯車は、上及び下（第一及び第二）コイルＤ０７、Ｄ０８によって挟まれた、変位歯車Ｄ０５と固定歯車Ｄ０６とを備える。これらの変位歯車Ｄ０５と固定歯車Ｄ０６は、メインボードＡ０９上に固定されたピン上で回転可能である。下コイルＤ０８は、メインボードＡ０９に固定される。固定歯車Ｄ０６は、上コイルＤ０７の下コイルＤ０８に対抗する側に搭載してよく、第一の内部平歯車Ａ０２と噛合可能である。変位歯車Ｄ０５は、固定歯車Ｄ０６と下コイルＤ０８との間のピンに沿って移動可能である。ネジ棒Ｄ０２を駆動するための一組の中間歯車は、変位歯車Ｄ０５と噛合する外歯車Ｄ１０、外歯車Ｄ１０と噛合する外側の歯及び各ネジ棒Ｄ０２上に固定された内歯車Ｄ１１と噛合する内側の歯を有する輪歯車（リングギア）Ｄ１２とを備える。

変位歯車及び固定歯車Ｄ０５、Ｄ０６の表面に研磨剤を塗布してもよく、これらの歯車はネジで分離された二つのコイルＤ０７、Ｄ０８の間に設置される。コイルに電位差が加わると、磁場が発生し、変位歯車Ｄ０５が移動可能となる。変位歯車の移動の方向は、どのようなコイルの電位差が加わるかによって決まる。変位歯車Ｄ０５の移動によってネジ棒Ｄ０２が駆動されて時計回りか反時計回りかのいずれかに回転して、入力軸「Ａ１０」に沿った太陽歯車「Ａ０４」の移動が制御される。

コイルに電流が流れると、磁場が形成されて、「変位歯車」を引き付ける。従って、上コイルに電流が流れると「変位歯車」が上方に引き付けられ、一方、電流が下コイルに流れると「変位歯車」が下方に引き付けられる。「変位歯車」の研磨表面によって、それ自身と噛合する歯車との間に摩擦力が生まれる。このように、「変位歯車」は、それが噛合する歯車に応じて同じ方向に駆動されて回転する。

変位歯車Ｄ０５が固定歯車Ｄ０６と対になっている場合には、変位歯車Ｄ０５は反時計回りに回転して、ネジ棒Ｄ０２を駆動して反時計回りに回転させ、太陽歯車Ａ０４がメインボードＡ０９の方向に移動し、変位歯車Ｄ０５が下コイルＤ０８と対になっている場合には、ネジ棒Ｄ０２が時計回りに回転して、太陽歯車Ａ０４がメインボードＡ０９から離れる方向に移動する。

小型発電機Ｅ０２は、回転力を伝達しながら電力を発生可能な小型の発電機である。この電気エネルギーは主に、電子部品を支持し磁場を発生させるのに使用される。残りのエネルギーは、電池に蓄積される。電池「Ｇ０１」は、システムの電子部品に安定した電気エネルギーを提供するのに使用可能である。

軸受「Ｆ０４」は、メインボード「Ａ０９」とハウジング「Ａ０８」との回転による摩擦の影響を防止するためのセパレータである。ＬＥＤ「Ｈ０１」は、夜間、ＳＶＴシステムが携帯電話に接続されている間に点灯する。ユーザは携帯端末アプリケーションを介してＬＥＤのスイッチをオフにすることができる。

入力軸「Ａ１０」はＳＶＴシステムの被駆動部となり得る。これによって車輪のハブが駆動されて直接回転する。太陽歯車「Ａ０４」は伝達歯車となり得る。円錐歯車「Ｄ０３」からの回転力は、太陽歯車「Ａ０４」を介して入力軸「Ａ１０」に伝達可能である。太陽歯車「Ａ０４」は、円錐歯車「Ａ０４」上の様々な接触点（歯車比）が使用可能なように、入力軸「Ａ１０」に沿って移動していく。太陽歯車「Ａ０４」を移動するには、三つのネジ棒「Ｄ０２」を使用する。これらの棒は、磁気クラッチ歯車に接続された一組の歯車により駆動可能である。ネジ棒「Ｄ０２」が駆動されて時計回りに回転すると、太陽歯車「Ａ０４」に前方に移動し、一方、ネジ棒「Ｄ０２」が反時計回りに回転していると後方に移動する。

ＳＶＴ歯車装置システムが設置されると、携帯接続状態または接続されない状態のいずれかでシステムを使用可能である。携帯アプリケーションが接続されていると、ＳＶＴ歯車装置システムの高度な機能を使用可能である。

携帯アプリケーションがない場合
ＳＶＴは主に、内蔵ＭＣＵに設定されたプログラムによって制御される。ＳＶＴは限定されない歯車伝達システムである。備えられた歯車比の数は、ＭＣＵに設定されたプログラムによって決まる。携帯接続がない場合には、システムは、０と１との間での６つの間隔の歯車比、即ち、太陽歯車「Ａ０４」の位置の０、０．２、０．４、０．６、０．８、１を備えられる。太陽歯車「Ａ０４」の位置「０」は、より少ない力が要求されるが低速となる歯車比であり、一方、位置「１」はより強い力が要求されるがより高速となる歯車比である。

携帯アプリケーションがある場合
携帯接続がされている場合、携帯端末は昨今高性能であるので、ＳＶＴのより高度な進んだ性能を使用可能である。スマートフォンに接続すると、ＭＣＵ（装置制御ユニット）の役割をスマートフォンが引き継ぐ。高性能な要素が関与すると、ＳＶＴは更に人間的に機能することができる。例えば、歯車比の間隔の数の設定、歯車変更の習慣、携帯画面上に表示されるリアルタイムでの人が理解可能な反応、及びインターネットを通じたデータの共有等が含まれる。

図１０〜１９に、被駆動チェーン歯車「Ａ０１」で始まるＳＶＴシステムの動作を示す。

図１０〜１３に示すように、ＳＶＴシステムは、従来の歯車ボックスと同じ位置に簡単に設置できる「プラグ・アンド・プレイ」の考え方で設計される。余分な変更の必要はない。ＳＶＴが設置されると、チェーンやＳＶＴ上に設けられたチェーン歯車「Ａ０１」を介して駆動力が得られる。チェーン歯車「Ａ０１」はチェーン歯車シート「Ａ０９ａ」上に搭載可能であり、その回転力が直接メインボード「Ａ０９Ｃ」を駆動して同時に回転させる。

メインボード「Ａ０９」が回転すると、そこに内蔵された機構が同時に回転する。円錐歯車「Ｄ０３」の軸はメインボード「Ａ０９」上に取り付けられているので、これらの歯車はメインボードと共に回転し、円錐歯車「Ｄ０３」がメインボード「Ａ０９」に倣って回転運動するようになる。

図１４に示すように、各円錐歯車「Ｄ０３」は二つの部分に分けられ、その一つはハウジング「Ａ０８」上に固定された内部平歯車「Ａ０２」からの反力を得る従動歯車である。もう一方は円錐形の表面を有する比歯車である。

円錐歯車「Ｄ０３」がメインボード「Ａ０９」と共に円を描いて移動すると、作用反作用の力が従動歯車部から内部平歯車「Ａ０２」に働き、（反時計回り方向の）回転力が円錐歯車「Ｄ０３」に働いて、円錐歯車「Ｄ０３」が回転する。

図１５に示すように、円錐歯車「Ｄ０３」が反時計回り方向に回転すると、比歯車部が太陽歯車「Ａ０４」を駆動して逆の方向に回転させる。太陽歯車「Ａ０４」によって得られる回転力は、入力軸「Ａ１０」に直接伝達される。従って、回転力が車輪から自転車チェーンに伝達可能となる。

円錐歯車「Ｄ０３」を使うと、太陽歯車「Ａ０４」の位置を変えることによって限定されない歯車比が使用可能である。太陽歯車「Ａ０４］の位置を変えるには、円錐歯車「Ｄ０３」の比歯車部との異なる接触点を使用する。より径の大きい円錐歯車の位置に接触点を移動させると、より少ない力が要求されるが低速となり、一方径が小さくなると高速になるがより大きな力が必要となる。

図１６〜１９に示すように、一組の歯車を使用して、入力軸「Ａ１０」に沿って太陽歯車「Ａ０４」移動させることができる。このような磁気クラッチ歯車の組は、変位動作の主制御装置である。これはＭＣＵによって制御されるクラッチシステムである。プログラムされたＭＣＵによって磁気クラッチ歯車のコイルに流す電流を制御して、磁気クラッチ歯車の変位歯車Ｄ０５が固定歯車か下コイルと対になるようにする。

場合Ｉ：固定歯車Ｄ０６と対になった場合には、変位歯車Ｄ０５は固定歯車と同じ方向に回転するよう駆動されることになる。固定歯車は内部平歯車「Ａ０２」とメインボード「Ａ０９ｃ」に設けられた軸とに接続されているので、メインボード「Ａ０９ｃ」が回転すると、変位歯車が同時に移動する。内部平歯車「Ａ０２」は固定歯車に反力を与えて、反時計回り方向に回転させる。変位歯車がそこに取り付けられているので、変位歯車も反時計回り方向に回転する。一連の歯車が設定されると、ネジ棒「Ｄ０２」が駆動され反時計回り方向に回転する。従って、太陽歯車「Ａ０４」はメインボード「Ａ０９ｃ」の方向に向かって移動する。

場合ＩＩ：下コイルＤ０８と対になると、下コイルは回転しなくてもメインボード「Ａ０９ｃ」に固定されているので、変位コイルＤ０５が取り付けられると、変位コイルは回転を止めて、ネジ棒「Ｄ０２」は時計回りに回転することとなる。従って、太陽歯車「Ａ０４」はメインボード「Ａ０９ｃ」から離れる方向に移動する。

スマートフォン接続なしの制御処理（図２１のフローチャート）
制御すべき部分は、太陽歯車「Ａ０４」の位置の移動である。太陽歯車「Ａ０４」の位置を移動させるには、システムに内蔵されたプログラムされたＭＣＵによって磁気クラッチ歯車に送る信号を制御してネジ棒「Ｄ０２」をそれに応じて回転させる。

制御信号が磁気クラッチ歯車に送られるまでは、速度データは、速度計「Ｂ０３」を介して回収される。ＭＣＵに設定されたプログラムに応じて、関連する信号が制御のために磁気クラッチ歯車に送られる。

フローチャートに示すように、「０〜１」は、太陽歯車「Ａ０４」の位置の間隔基準である。「０」が最も低い歯車比を表し、「１」が最も高い歯車比を表す。歯車比が低いと、出力される回転速度が遅くなるが必要な力はより少ない。一方、歯車比が高いと、出力される回転速度は速くなるがより大きな力が必要となる。

スマートフォン接続した場合の制御処理（図２０のフローチャート）
スマートフォンが接続されると、ＳＶＴの高度な機能や性能を使用可能である。太陽歯車「Ａ０４」の移動習慣は、速度、力、効率、適性等の乗車性能に直接対応している。従って、ＳＶＴに備わる習慣の変化の度合いが多ければ多いほど、より高性能となる。今日のスマートフォンは以前に比べてはるかに高性能であり、非常に多くのデータ処理を行えるミニコンピュータと同様である。ＳＶＴに接続したスマートフォンを用いて、ＭＣＵの役割を引き継ぐ。ＳＶＴを制御するアプリケーションを設計すれば、ずっと多くの実行プロセスを処理可能となり、よってＳＶＴは人間的に機能してより相互作用的になり得る。

人間的又はいわゆる「スマートさ」の度合いは、アプリケーション用に設計されたプラグラムに依存する。アプリケーションの基本的な機能は、磁気クラッチ歯車に送る信号を制御することによる、ＭＣＵに設定されたプログラムと同様である。しかしながら、このプログラムは、大量の収集データを分析し、太陽歯車「Ａ０４」の位置をより正確に調整する、はるかに複雑なものとなる。

速度、傾斜、太陽歯車「Ａ０４」の位置等のデータは、関連するセンサによって収集される。これらのデータの解析は、ユーザが予め設定した基準に基づいてリアルタイムに行われる処理である。可変動力伝達歯車ボックスであるので、歯車比間隔の数、歯車変更習慣等の基準はユーザの仕様に合わせることが可能である。設計されたプログラムによって、収集したデータや仕様に合わせた変数を用いた式により演算を行い、太陽歯車「Ａ０４」を入力軸「Ａ１０」に沿った適切な位置に移動させる時間を決定する。従って、様々な歯車比を使用可能である。

スマートフォンを接続すると、自動伝達だけでなく、ユーザの好みに応じて手動での伝達も選択可能となる。手動モードの場合には、ユーザは、アプリケーションのインタフェースを用いて歯車比を変更可能である。アプリケーションのインタフェースを通じて、「上」、「下」等の歯車比を移動させるために設けられた幾つかのボタンがある。あるボタンを起動すると、アプリケーションがＳＶＴに内蔵したＭＣＵに信号を送り、太陽歯車「Ａ０４」の位置を移動させる。

広い幅を有する歯車変更方法を提供するために、音声認識機能を提供可能である。音声認識を使用することにより、ユーザは、「ギアを上げる」、「ギアを下げる」等の指定された命令を用いてマイクに話しかける。従って、移動命令が音声によって起動可能である。乗り手が物理的に触れる必要はない。

自転車又は歯車ボックスの状態をユーザに通知することにより、様々な画面をアプリケーション内に設計可能である。ユーザは、自転車走行中に携帯端末の画面に表示された自身の興味がある情報を選択可能である。速度、傾斜、場所、歯車比、走行経路、距離等の情報を選択可能である。

システムが照明を備えているので、スマートフォンが接続されると、夜間には安全のために照明が自動的に点灯する。ユーザはアプリケーションを通じて照明のスイッチのオンオフ操作を行える。

スマートフォンはインターネットに接続可能であるので、ユーザはクラウドサーバと走行データを共有可能である。リアルタイムに収集されたデータを用いて、サーバによってＳＶＴを制御したり追跡したりすることが可能である。レースゲームやグループでのゲーム用に、関係するログインを行えばいつでも、パフォーマンスを報告したり記録したりすることが可能である。

第二の実施形態（図２２〜３６）
図２２〜３６に、本出願の可変伝達歯車装置システムの第二の実施形態を示す。図２２〜２９、３３Ａ、３３Ｂ及び３４に示すように、この可変伝達歯車装置システムは、スプロケットマウントＡ０２上に設置されたスプロケットＡ０１を備える。スプロケットＡ０１は、ユーザの足から自転車のチェーン又はベルトを通じて伝達された動力によって駆動される歯車であり得る。スプロケットＡ０１は、マウント「Ａ０２」に取り付けて、動力を受け取ったりＳＶＴシステムに動力を送ったりすることができる。スプロケットマウントは、環状であって複数の開口が形成される。円錐駆動体Ａ０３をスプロケットマウントＡ０２と、その間に設けられた複数のボールによって結合してもよい。円錐駆動体Ａ０３は、スプロケットマウントＡ０２と共に回転可能である。円錐駆動体Ａ０３は、円錐歯車「Ａ０４」を保持及び駆動して車輪の主軸「Ａ１１」を中心にして回転させるためのマウントであり得る。

円錐駆動体Ａ０３とその円錐駆動体Ａ０３と結合した円錐ホルダＡ０６との間に、複数の円錐歯車Ａ０４を回転可能に搭載可能である。円錐歯車Ａ０４は、円錐駆動体Ａ０３によって駆動されて回転する回転性円錐形歯車であり得る。各円錐歯車Ａ０４は、主円錐表面と円錐表面のより大きな端部に設けられた副円錐台形表面とを有する。表面「Ａ０４ａ」は、軸「Ａ１１」を中心として回転しながら変位軸「Ａ１２」に押し付けられているので、その間の摩擦力によってそれ自身の軸の周りを回転する。

円錐ホルダＡ０６には複数の棒が固定可能であり、これらの棒の自由端は、円錐駆動体Ａ０３上に形成された対応する穴に挿入可能であって、円錐ホルダＡ０６を円錐駆動体Ａ０３につなぐため複数の自由端ジョイントを形成する。円錐駆動体Ａ０３が回転すると、その回転力が円錐ホルダＡ０６に伝達され、円錐ホルダを駆動して、同様に主軸Ａ１１の周りを回転させる。

被駆動パッドＡ０７ａは、円錐歯車Ａ０４の円錐台形表面と摩擦係合し共に回転可能であって、被駆動マウントＡ０７ｂは、被駆動パッドＡ０７ａと結合する。主軸Ａ１１は、被駆動マウントＡ０７ｂによって回転可能である。従来の車輪ハブと直接接続することによって、主軸Ａ１１を用いて、自転車の車輪を駆動して回転させることが可能である。これはＳＶＴシステムから自転車の車輪へと回転を伝達する部分である。

被駆動パッドＡ０７ａは、円錐歯車「Ａ０４」によって駆動可能である。それは円錐歯車「Ａ０４ｂ」の表面に押し付けられながら、軸「Ａ１１」の周りを回転する。被駆動パッドの別の機能は、結合している衛星駆動歯車「Ａ０８」に回転力を伝達することである。

被駆動マウントＡ０７ｂは、被駆動パッド「Ａ０７ａ」によって軸「Ａ１１」の周りを回転可能である。衛星駆動歯車「Ａ０８」はそこに取り付け可能である。回転しながら、歯車「Ａ０８」を駆動することによって衛星従動歯車「Ａ０９」に動力を伝達可能である。

変位軸Ａ１２は、その一端に、複数の接触点で円錐歯車Ａ０４の円錐表面と摩擦係合する、外側に向かって延伸する環状フランジを有する。変位軸Ａ１２は、一組の歯車によって軸方向に変位可能であり、これによって接触点の位置を変更する。

歯車の組Ａ１３には、変位軸Ａ１２内に形成された雌ネジと螺合する雄ネジを有する内部歯車Ａ１３ｄ、モータによって駆動され、内部歯車Ａ１３ｄと中央歯車Ａ１３ｃとの間で噛合するモータ歯車Ａ１３ａとが含まれる。モータを起動してモータ歯車Ａ１３ａを駆動し時計回りに回転させると、内部歯車Ａ１３ｄは時計回りに回転し、変位軸Ａ１２は、円錐ホルダＡ０６から遠ざかる方向に移動する。モータを起動してモータ歯車Ａ１３ａを駆動し反時計回りに回転させると、内部歯車Ａ１３ｄは反時計回りに回転し、変位軸Ａ１２は、円錐ホルダＡ０６に向かう方向に移動する。

被駆動マウントＡ０７ｂは、衛星歯車装置システムを介して主軸Ａ１１と結合される。衛星歯車装置システムは、被駆動マウントＡ０７ｂに取り付けられた衛星駆動歯車Ａ０８と、主軸Ａ１１から径方向に延伸する複数の刃の上に固定された複数の補助軸の周りをそれぞれ回転可能な複数の衛星従動歯車Ａ０９と、ハウジング内に搭載された衛星内部歯車Ａ１０とを備える。駆動歯車Ａ０８は、衛星内部歯車Ａ１０と噛合する従動歯車Ａ０９と噛合してこれを駆動するよう構成される。

変位軸Ａ１２は、歯車の組によって駆動され、回転せずに軸方向に平行に移動可能である。これによって反力が円錐「Ａ０４」に与えられる。位置が移動することによって、円錐歯車「Ａ０４」の円錐形表面との接触点が変わる。円錐の断面積に沿って限定せずに半径を変更することによって、接触点が移動して限定しない歯車比が得られる。

歯車の組Ａ１３を使用して、ギアを上げたり、軸「Ａ１２」の位置を移動するための力を大きくしたりすることができる。その駆動には、マイクロ制御装置を備えた小型のモータ又は手動の配線システム（ｗｉｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を使用可能である。

固定具Ｃ０１を使用して、歯車「Ａ１０」を保持し、ケース「Ｃ０２」及び「Ｃ０３」とつなぐことによって回転しないようにしてもよい。

システムケースＣ０２を使用して、内部の機構を保護し、保持力を固定具「Ｃ０１」から「Ｃ０３」へと伝達してもよい。顧客専用に設計されるので、簡単に変更が可能である。自身で選択した印刷をケース上に施してもよい。通常、幾つかの形状及び外観を選択可能である。

衛星固定歯車ケースＣ０３を使用して、固定具「Ｃ０１」からの保持力によって歯車「Ａ１０」を固定してもよい。

動作（図２０〜３２参照）
ＳＶＴの動作は主に、三つの部分、即ち、移動機構、ＳＶＴシステム、及び衛星歯車装置システムに分割される。これらは、その間に設けられた歯車によって「駆動及び被駆動」の関係で動く。

１．移動機構（図２０及び３４３参照）
ＳＶＴの機構によって、変位軸「Ａ１２」と円錐歯車「Ａ０４」との接触点が移動し、様々な歯車比が得られるようになる。ブルートゥース伝達技術を用いて、移動機構及び速度計を制御してもよい。速度を検知して携帯電話のアプリケーションに送ると、アプリケーション上に設定されたプログラムによって使用する歯車比が決定される。関連する信号が制御装置に伝達されて、モータが起動し、軸や歯車Ａ１３ａが駆動される。

歯車「Ａ１３ａ」が回転すると、歯車「Ａ１３ｂ」が駆動されて歯車「Ａ１３ｃ」との接続によって同じ方向に回転する。歯車「Ａ１３ｄ」は「Ａ１３ａ」と「Ａ１３ｂ」とに接続されるので、軸を中心に回転して変位軸「Ａ１２」を駆動しその間のネジ山を介して軸方向に移動する。従って、接触点が移動する。

２．ＳＶＴシステム（図３１及び３４２参照）
ＳＶＴは、高性能可変動力伝達（ｓｍａｒｔ ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を表す。動力の伝達には円錐形の歯車「Ａ０４」を使用する。円錐の断面積は限定されないので、円錐表面の点と接触させることによって、様々な歯車比が得られる。

軸「Ａ１２」と円錐歯車「Ａ０４」との接触点を移動させることにより、円錐歯車「Ａ０４」の様々な回転速度が得られる。これによって被駆動パッド「Ａ０７ａ」とマウント「Ａ０７ｂ」の回転を直接駆動する。従って、この処理中に歯車比が得られる。

３．衛星歯車装置（図３１及び３４１参照）
衛星歯車装置は、動力をＳＶＴから自転車の車輪に伝達するのに使用される。ＳＶＴにおける「駆動及び被駆動」処理に必要な摩擦力の低減に役立つ。ＳＶＴから伝達された動力は、拡大及び増大可能であり、車輪を駆動し回転させる。

マイクロコントロールユニット「ＭＣＵ」は、センサが検出した速度、傾斜、踏力に応じて変位軸の位置を制御するための頭脳である。システムには二つの制御方法があってもよい。一つの方法は、内蔵ＭＣＵに予め設定されたプログラムに基づく方法であり、もう一つの方法は、ブルートゥース４．０技術による接続を介して携帯電話のアプリケーションを用いた方法である。

このＳＶＴシステムを設置すれば、携帯接続状態または接続されない状態で使用可能である。携帯アプリケーションが接続されていると、高度な特徴や演算がアプリケーション上に設定可能であるので、ＳＶＴの高度な機能を使用可能である。

携帯アプリケーションがない場合
ＳＶＴは主に、内蔵ＭＣＵに設定されたプログラムによって制御される。ＳＶＴは限定されない歯車伝達システムである。備えられる歯車比の数はＭＣＵに設定されたプログラムによって決まる。携帯接続がない場合には、システムは、予め設定した数の歯車比間隔を備えられる。例えば、０と１との間での６つの間隔を設定可能である。つまり、変位軸「Ａ１２」の位置、０、０．２、０．４、０．６、０．８、１であり、位置「０」及び「１」は移動幅のそれぞれ最小及び最大位置である。変位軸「Ａ１２」の位置「０」は、より少ない力が要求されるが低速となる歯車比であり、一方、位置「１」はより強い力が要求されるがより高速となる歯車比である。

携帯アプリケーションがある場合
携帯接続がされている場合、携帯端末は昨今高性能であるので、ＳＶＴのより高度な進んだ性能を使用可能である。スマートフォンに接続すると、ＭＣＵ（装置制御ユニット）の役割をスマートフォンが引き継ぐ。高性能な要素が関与すると、ＳＶＴは更に人間的に機能することができる。例えば、歯車比の間隔の数の設定、歯車変更の習慣、携帯画面上に表示されるリアルタイムでの人が理解可能な反応、及びインターネットを通じたデータの共有等が含まれる。

スマートフォン接続なしの制御処理（図３６のフローチャート）
制御すべき部分は、変位軸「Ａ１２」の位置の移動である。変位軸「Ａ１２」の位置を移動させるには、システム制御装置に内蔵されたプログラムされたＭＣＵを使用する。モータに信号を送り、取り付けられた歯車「Ａ１３ａ」を時計回り又は反時計回りに回転させて、変位軸「Ａ１２」の位置を移動させる。

フローチャートに示すように、「０〜１」は、変位軸「Ａ１２」の位置の間隔基準である。「０」が最も低い歯車比を表し、「１」が最も高い歯車比を表す。歯車比が低いと、出力される回転速度が遅くなるが必要な力はより少ない。一方、歯車比が高いと、出力される回転速度は速くなるがより大きな力が必要となる。

スマートフォン接続した場合の制御処理（図３５のフローチャート）
スマートフォンが接続されると、ＳＶＴの高度な機能や性能を使用可能である。変位軸「Ａ１２」の移動習慣は、速度、動力、効率、適性等の乗車性能に直接対応している。従って、ＳＶＴに備わる習慣の変化の度合いが多ければ多いほど、より高性能となる。今日のスマートフォンは以前に比べてはるかに高性能である。非常に多くのデータ処理を行えるミニコンピュータと同様である。ＳＶＴに接続したスマートフォンを用いて、ＭＣＵの役割を引き継ぐ。ＳＶＴを制御するアプリケーションを設計すれば、ずっと多くの実行プロセスを処理可能となり、よってＳＶＴはよりより人間的に機能し、より相互作用的になり得る。

人間的又はいわゆる「スマートさ」の度合いは、アプリケーション用に設計されたプラグラムに依存する。アプリケーションの基本的な機能は、ＭＣＵに設定されたプログラムと同様であり、即ち、歯車「Ａ１３ａ」に接続したモータに送る信号を制御することである。しかしながら、このプログラムは、大量の収集データを分析し、変位軸「Ａ１２」の位置をより正確に調整する、はるかに複雑なものとなる。

速度、傾斜、変位軸「Ａ１２」の位置等のデータは、関連するセンサによって収集される。これらのデータの解析は、ユーザが予め設定した基準に基づいてリアルタイムに行われる処理である。可変動力伝達歯車ボックスであるので、歯車比間隔の数、歯車変更習慣等の基準はユーザの仕様に合わせることが可能である。設計したプログラムによって、収集したデータや仕様に合わせた変数を用いた式により演算を行い、変位軸「Ａ１２」を主軸「Ａ１１」に沿った適切な位置に移動させる時間を決定する。従って様々な歯車比を使用可能である。

スマートフォンを接続すると、自動伝達だけでなく、ユーザの好みに応じて手動での伝達も選択可能となる。手動モードの場合には、ユーザは、アプリケーションのインタフェースを用いて歯車比を変更可能である。アプリケーションのインタフェースを通じて、「上」、「下」等の歯車比を移動させるために設けられた幾つかのボタンがある。あるボタンを起動すると、アプリケーションがＳＶＴに内蔵したＭＣＵに信号を送り、変位軸「Ａ１２」の位置を移動させる。

広い幅を有する歯車変更方法を提供するために、音声認識機能を提供可能である。音声認識を使用することにより、ユーザは、「ギアを上げる」、「ギアを下げる」等の指定された命令を用いてマイクに話しかける。移動命令が音声によって起動可能である。乗り手が物理的に触れる必要はない。自転車又は歯車ボックスの状態をユーザに通知することにより、様々な画面をアプリケーション内に設計可能である。ユーザは、自転車走行中に携帯端末の画面に表示された自身の興味がある情報を選択可能である。速度、傾斜、場所、歯車比、走行経路、距離等の情報を選択可能である。

システムが照明を備えているので、スマートフォンが接続されると、夜間には安全のために照明が自動的に点灯する。ユーザはアプリケーションを通じて照明のスイッチのオンオフ操作を行える。

スマートフォンはインターネットに接続可能であるので、ユーザはクラウドサーバと走行データを共有可能である。リアルタイムに収集されたデータを用いて、サーバによってＳＶＴを制御したり追跡したりすることが可能である。レースゲームやグループでのゲーム用に、関係するログインを行えばいつでも、パフォーマンスを報告したり記録したりすることが可能である。

以上幾つかの好ましい実施形態を特に参照して、可変伝達歯車装置システムについて示し、説明してきたが、添付の請求の範囲に記載の範囲を逸脱することなく、様々な変更並びに変形が可能であることを理解されたい。

可変伝達歯車装置システムは、ネジ棒を駆動する中間歯車の組と噛合する磁気クラッチ歯車の組を更に備えてもよい。磁気クラッチ歯車は、第一のコイルと第二コイルとに挟まれてメインボード上に固定されたピン上で回転可能な変位歯車と固定歯車とを備えてもよい。第一コイルはメインボードに固定される。固定歯車は第二コイル上に搭載されて第一の内部平歯車と噛合し得る。変位歯車は固定歯車と第一コイルとの間でピンに沿って移動可能である。変位歯車が固定歯車と対になると、移動歯車は反時計回りに回転してネジ棒を駆動して反時計回りに回転させて、太陽歯車がメインボードの方向に移動する。変位歯車が第一コイルと対になると、ネジ棒が時計回りに回転して、太陽歯車はメインボードから離れる方向に移動する。

可変伝達歯車装置システムは、回転速度データを収集するための速度計を更に備えてもよく、データは携帯電話のアプリケーションに送られて演算及び変位軸の制御に用いられる。

可変伝達歯車装置システムは、ネジ棒を駆動する中間歯車の組と噛合する磁気クラッチ歯車の組を更に備えてもよい。磁気クラッチ歯車は、第一のコイルと第二コイルとに挟まれてメインボード上に固定されたピン上で回転可能な変位歯車と固定歯車とを備えてもよい。第一コイルはメインボードに固定される。固定歯車は第二コイル上に搭載されて第一の内部平歯車と噛合し得る。変位歯車は固定歯車と第一コイルとの間でピンに沿って移動可能である。変位歯車が固定歯車と対になると、変位歯車は反時計回りに回転してネジ棒を駆動して反時計回りに回転させて、太陽歯車がメインボードの方向に移動する。変位歯車が第一コイルと対になると、ネジ棒が時計回りに回転して、太陽歯車はメインボードから離れる方向に移動する。

可変伝達歯車装置システムは、回転速度データを収集するための速度計を更に備えてもよく、データは携帯電話のアプリケーションに送られて演算及び変位軸の制御に用いられる。

Claims (20)

1. 自転車用の可変伝達歯車装置システムであって、
   （ａ）チェーン歯車によって駆動されるメインボードと、
   （ｂ）前記メインボードに固定された複数の軸上でそれぞれ回転可能な複数の円錐歯車であって、各円錐歯車は比歯車と従動歯車とを備え、前記従動歯車は歯車ボックス内に搭載された第一の内部平歯車と噛合するような円錐歯車と、
   （ｃ）車輪を駆動して回転させるための前記車輪の入力軸と共に回転可能な中央の太陽歯車であって、前記太陽歯車は前記円錐歯車の前記比歯車と噛合し、複数のネジ棒によって前記入力軸に沿って軸方向に移動するよう構成された太陽歯車と、
   を備え、
   前記チェーン歯車が反時計回りに回転すると、前記メインボード及び前記円錐歯車は反時計回りに回転して、前記太陽歯車と前記入力軸とを駆動して時計回りに回転させる、可変伝達歯車装置システム。
2. 前記ネジ棒を駆動する中間歯車の組と噛合する磁気クラッチ歯車の組を更に備え、
   前記磁気クラッチ歯車は、第一コイルと第二コイルとに挟まれて前記メインボード上に固定されたピン上で回転可能な変位歯車と固定歯車とを備え、
   前記第一コイルはメインボードに固定され、前記固定歯車は前記第二コイル上に搭載されて前記第一の内部平歯車と噛合し、前記変位歯車は前記固定歯車と前記第一コイルとの間で前記ピンに沿って移動可能であって、前記変位歯車が前記固定歯車と対になると、前記移動歯車は反時計回りに回転して前記ネジ棒を駆動して反時計回りに回転させて前記太陽歯車を前記メインボードの方向に移動させ、前記変位歯車が前記下コイルと対になると、前記ネジ棒が時計回りに回転して、前記太陽歯車は前記メインボードから離れる方向に移動する、請求項１に記載の可変伝達歯車装置システム。
3. 前記中間歯車の組は、前記変位歯車と噛合する外歯車と、前記外歯車と噛合する外側の歯と各ネジ棒上に固定された内歯車と噛合する内側の歯とを有する輪歯車と、を備える、請求項２に記載の可変伝達歯車装置システム。
4. 一つ以上の発電機を更に備え、各発電機は前記歯車ボックス内に搭載された第二の内部平歯車と噛合する歯車を有し、電気を発生する、請求項１に記載の可変伝達歯車装置システム。
5. 回転速度データを収集するための速度計を更に備え、データは携帯電話のアプリケーションに送られて演算及び前記太陽歯車の制御に用いられる、請求項２に記載の可変伝達歯車装置システム。
6. ブルートゥース制御装置を更に備え、制御及びデータ送信要求を実行する、請求項２に記載の可変伝達歯車装置システム。
7. 前記太陽歯車の位置を制御するためのプログラムが設定された内蔵装置制御ユニットを更に備える、請求項２に記載の可変伝達歯車装置システム。
8. 前記太陽歯車の位置を制御するために、センサによって検出された速度、傾斜、及び前記太陽歯車の位置を含むデータをリアルタイムに解析するよう構成された携帯電話のアプリケーションを更に備える、請求項２に記載の可変伝達歯車装置システム。
9. 前記メインボードと前記入力軸との間に複数の軸受が設けられる、請求項１に記載の可変伝達歯車装置システム。
10. 三つの円錐歯車が前記メインボードに固定された三つの軸上でそれぞれ回転可能である、請求項１に記載の可変伝達歯車装置システム。
11. 自転車用の可変伝達歯車装置システムであって、
    （ａ）スプロケットマウント上に搭載されたスプロケットと、
    （ｂ）前記スプロケットマウントと共に回転可能な円錐駆動体と、
    （ｃ）前記円錐駆動体と前記円錐駆動体と結合された円錐ホルダとの間に回転可能に搭載された複数の円錐歯車であって、各円錐歯車は主円錐表面と前記主円錐表面のより大きな端部に形成された副円錐台形表面とを有する円錐歯車と、
    （ｄ）前記円錐歯車の前記円錐台形表面と摩擦係合し共に回転可能な被駆動パッドと、
    （ｅ）前記被駆動パッドと共に回転可能な車輪の主軸と、
    （ｆ）変位軸であって、その一端に、複数の接触点で前記円錐歯車の円錐表面と摩擦係合して共に回転可能な、外側に向かって延伸する環状フランジを有する変位軸と、
    を備え、
    前記変位軸は歯車の組によって軸方向に変位可能であり、これによって前記接触点の位置を変更する、可変伝達歯車装置システム。
12. 前記歯車の組は、
    前記変位軸内に形成された雌ネジと螺合する雄ネジを有する内部歯車と、
    モータによって駆動され、前記内部歯車と中央歯車との間で噛合するモータ歯車と、を備え、
    前記モータを起動して前記モータ歯車を駆動し時計回りに回転させると、前記内部歯車が時計回りに回転し、前記変位軸は前記円錐ホルダから遠ざかる方向に移動し、前記モータを起動して前記モータ歯車を駆動し反時計回りに回転させると、前記内部歯車は反時計回りに回転し、前記変位軸は前記円錐ホルダに向かう方向に移動する、請求項１１に記載の可変伝達歯車装置システム。
13. 前記車輪の主軸は、前記被駆動パッドに結合された被駆動マウントを介して前記被駆動パッドと共に回転可能である、請求項１１に記載の可変伝達歯車装置システム。
14. 前記被駆動マウントは、衛星歯車装置システムを介して前記主軸と結合され、
    前記衛星歯車装置システムは、
    前記被駆動マウントに取り付けられた衛星駆動歯車と、前記主軸から径方向に延伸する複数の刃の上に固定された複数の補助軸の周りをそれぞれ回転可能な複数の衛星従動歯車と、
    ハウジング内に搭載された衛星内部歯車と、を備え、
    前記駆動歯車は、前記衛星内部歯車と噛合する前記従動歯車と噛合してこれを駆動するよう構成される、請求項１３に記載の可変伝達歯車装置システム。
15. 前記スプロケットマウントは、環状であって複数の開口が形成され、
    前記円錐駆動体は、前記スプロケットマウントと、その間に設けられた複数のボールによって結合される、請求項１１に記載の可変伝達歯車装置システム。
16. 複数の棒が前記円錐ホルダに固定され、前記棒の自由端は、前記円錐駆動体上に形成された対応する穴に挿入されて、前記円錐ホルダを前記円錐駆動体につなぐための複数の自由端ジョイントを形成する、請求項１１に記載の可変伝達歯車装置システム。
17. 回転速度データを収集するための速度計を更に備え、データは携帯電話のアプリケーションに送られて演算及び前記変位歯車の制御に用いられる、請求項１１に記載の可変伝達歯車装置システム。
18. 前記モータに信号を送って前記モータ歯車を時計回り又は反時計回りに回転させて、前記変位軸の位置を制御するためのプログラムが設定された内蔵装置制御ユニットを更に備える、請求項１２に記載の可変伝達歯車装置システム。
19. 前記変位軸の位置を制御するために、センサによって検出された速度、傾斜、及び前記変位軸の位置を含むデータをリアルタイムに解析するよう構成された携帯電話アプリケーションを更に備える、請求項１１に記載の可変伝達歯車装置システム。
20. 前記内部歯車と前記中央歯車との間で噛合する少なくとも一つの歯車を更に備える、請求項１２に記載の可変伝達歯車装置システム。

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